[发明专利]一种顾及城市意象的城市建筑综合与渲染的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种顾及城市意象的城市建筑综合与渲染的方法，属于空间信息技术领域。

二、背景技术

在大规模复杂场景的渲染过程中，常见的可视化方式是借助模型综合技术对城市场景的意象进行不同细节层次的简化和抽象，模型综合涉及三个基本任务：简化、聚类和合并。多细节层次的三维建筑聚类在城市意象表达过程中发挥着重要的作用，根据不同的用途，这些细节层次大体可以分为离散和连续两大类。离散细节层次表达通常应用在旅游信息系统和导航系统中，不同层次细节的建筑群具有差异明显的外表特征，这些特征有助于用户认识和理解不同的城市意象，如建筑集群、街区或行政单元。连续细节层次要求建筑群和原始建筑之间具有相对严格的形状和纹理相似性，通常用于实现大型或复杂城市场景的平滑渲染。

目前多数三维建筑综合与渲染技术存在两个不足：首先，通常只基于主要纹理细节表达不同的建筑群模型，尽管能够达到平滑的视觉效果，却削弱了城市意象间的差别；其次，以往方法注重几何细节的平滑，而对纹理细节不同层次的简化关注甚少。值得注意的是，为原始建筑拍照以创建低精度纹理的方法不仅费时，而且不能弹性式简化特定对象(如，墙、门、窗)的纹理。这种几何和纹理单独处理的方式也不利于不同综合意象的几何和纹理细节的同步表达。除纹理综合的缺陷外，以往技术获得的结果可移植性较差，建筑模型更新后综合结果难以重复利用，其主要原因是生成了固定的几何和纹理信息，当更新了原始建筑模型后，还需要一个复杂再综合过程处理更新的建筑及其周围建筑。在众多的基于二维建筑足迹图(building footprints)的聚类和合并方法中，一些更受欢迎的方法能够产生兼顾道路、街区和其他城市意象要素的建筑群平面图，然而，严格按照路网的建筑综合过程受制于道路数据的快速自动提取。对于那些不依赖道路数据的建筑综合，聚类的不精确以及合并得到的曲折边界使得这些综合方法不适合用来描述块状的街区。

本发明将建筑群(同时包含原始建筑模型以及建筑群)中精细的连续面片抽象为直观的二维形状，以描述抽象面片间的相互关系，借助于一种多分辨率表达树(EBT)渲染出比CityGML标准中定义的细节层次更加灵活的城市意象，同时保证了城市意象的可读性和逼真性，本发明还设计了自动道路分析算法用来提取城市意象的相关空间要素，以此辅助于建筑的聚类和合并，利用索引机制存储抽象边FEdge、建筑群和EBT作为城市建筑综合结果，以便在渲染城市LOD场景之前对综合结果进行灵活预处理，并方便模型更新。

三、发明内容

1、目的：以往三维城市模型渲染和可视化方法难以兼顾建筑仿真和城市意象，本发明通过引入一种新模型元素-抽象边FEdge，在综合和可视化的过程中有效管理建筑群的几何和纹理信息；为了兼顾仿真建筑与城市意象的可视化，引进一种多层次表达数据结构EBT，用于组织建筑群和设定更加灵活的细节层次模型，以此实现大场景城市建筑模型的快速三维渲染和可视化。

2、技术方案：一种顾及城市意象的城市建筑综合与渲染的方法的技术流程如图1所示，它包含了预综合、墙面与屋顶综合、预可视化和可视化渲染四个模块。

预综合模块负责原始建筑模型的抽象和新建筑模型的更新。在这个阶段，每个建筑抽象为用FEdge表达的建筑群。通过分割和简化建筑模型抽象出FEdge的二维几何实体，再将原始模型的面元映射到FEdge上，便于FEdge的索引快速获取对应纹理面元(FEdge element)信息。FEdge的几何实体信息将会在之后的综合过程中使用，面元信息将会在预可视化中发挥作用。墙面与屋顶综合模块主要由聚类和合并两个过程组成。在聚类之前，首先自动道路分析，提取道路宽度、道路长度和建筑缓冲区。为了更好表达城市意象，本发明根据道路宽度和街区的块状特征对建筑进行不同细节层次(LOD)的聚类，以便生成EBT。在合并过程中，用缓冲区的形状生成每个建筑群中FEdge的几何实体以及不同建筑群FEdge间的拓扑关系。可视化渲染时，为了引导预建筑群的可渲染面元的生成，综合过程输出EBT以及树结点对应的每个建筑群的FEdge信息。